[实用新型]大气颗粒物干沉降通量高频双管动态测量装置

说明书

本实用新型提供一种大气颗粒物干沉降通量高频双管动态测量装置，装置包括超声风速仪、第一颗粒物切割器、第二颗粒物切割器、第一采样管、第二采样管、抽气泵、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、颗粒物在线分析仪器和电控装置。优点：(1)保证大气样品连续采样，并且被采集样品进行实时分析。(2)实现颗粒物干沉降通量的快速在线分析，避免离线分析过程中带来的样品量少、分析周期长、化学成分可变等系统误差。(3)双管测量方法，避免颗粒物样品在采集过程中可能存在彼此污染的情况，且动态测量的方法最大程度上减少颗粒物在采样管中的停留时间，减少样品量的损失，提高测量准确性。

技术领域

本实用新型属于大气颗粒物污染成因研究及治理技术领域，具体涉及一种大气颗粒物干沉降通量高频双管动态测量装置。

背景技术

大气颗粒物是大气中各种固态和液态污染物所形成颗粒物的总称，其分散并悬浮在气体介质中所形成的气溶胶分散体系通过多种方式，直接或间接地影响着气候变化、空气质量以及人体健康等。由于相对缓慢的沉降速度，相比活性气体，气溶胶颗粒物在大气中往往有着更长的生命周期，对环境和人类有着深远的影响。而干沉降作为颗粒物从大气中去除的重要手段之一，精确的测量及分析干沉降通量和速率，不仅有助于研究颗粒物在大气中的寿命，为颗粒物防治提供重要信息，了解大气颗粒物污染成因，同时可优化模式计算，提高污染预报准确性，并辅助计算地区环境容量及环境承载力，为国家经济发展和国民生产生活提供有效的环境建议。

大气颗粒物干沉降通量的观测方法主要分为表面分析法和微气象学方法。表面分析法通常使用采尘桶或代用面收集空气中自然沉降的颗粒物；根据分析物种的不同，取回样品后选择性地进行分离、烘干、称重及上机分析，最终计算得到目标物种的干沉降通量。该方法操作简单且成本低廉，因此在很长一段时间被作为测量干沉降通量的主要方法。然而，由于该方法在采集过程中出现的颗粒物损失、化学反应变化以及较长的分析周期，使得最终的计算结果存在较大的误差。

微气象学方法包括空气动力学方法、热平衡法和涡度协方差法等。其中，由于涡度协方差法(Eddy Covariance,EC)在观测和求算通量的过程中几乎没有假设，其结果更加准确直接。该方法通过测量并计算高频(5-20Hz)目标物理量和垂直风速的协方差，得到大气与下垫面间的物质交换通量。然而，目前能够满足高频测量颗粒物的仪器相对少，造价成本高，运营维护难，以及在后期数据处理过程中存在的数据质量控制、数据差补和计算结果订正等难题。因此，利用涡度协方差法测量大气颗粒物干沉降通量的方法难以得到广泛的应用。

弛豫涡度累积法(Relaxed Eddy Accumulation,REA)是涡度协方差法的变体。该法避免了高频传感器的使用，而是根据以10Hz运行的超声风速仪所测得风速和风向，有条件的将样品采集到不同的采样膜或采样管中。当风向为上且风速超过停滞带宽(deadband)时，样品被采集到采样膜或采样管一中，当风向为下且风速超过停滞带宽(deadband)时，样品被采集到采样膜或采样管二中。一定时间后，对一组采样膜或采样管中的样品进行分析，计算风速向上和向下时样品间的浓度差异，并结合垂直风速的标准偏差及实验系数，最终得到干沉降通量，计算方法如公式(1)所示：

式中：

F为干沉降通量；

δ_w为垂直风速w的标准偏差；

分别为风速向上和风速向下时的样品浓度的平均值(通常为30min时间内的平均值)；

b为实验系数，计算方法如公式(2)所示：

式中：

分别为风速向上和风速向下时的温度的平均值(通常为30min内的平均值)；

为垂直风速和温度的协方差。